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0引言

為保證電網的安全運行和了解電網運行的狀況，需要對電網的各種運行參數進行實時監測，并能根據需要及時地將各種測量參數送往調度監控中心，這就需要有一個對整體供電網絡數據指標進行監測的系統。其中對數據的采集、處理以及數據的統一管理就成為整個系統的關鍵所在。毛沈朋h.nulr犯nts公司的n鵡320C32是一種32位浮點型的DSP，它具有強大的浮點計算能力，其處理能力可達印M日D巧和30MllS。系統將其作為前端數據處理的核心CPtl以提高系統的效能，對進一步提高電網的自動化水平和供電的安全可靠性，增加電網的經濟效益都將具有十分重要的意義。在此基礎上將USB接口技術運用于前端一級服務器的通信接口將大大提高設備的運行效率與兼容性。系統在一級服務器與系統服務器之間所采用的TCP/IP協議將可以使數據傳輸的準確性大大提高。

1系統設計

整個系統的設計框圖如圖1所示。

2前端數據處理裝置硬件設計

充分發揮了D6P強大的運算能力。因為D6P具有單周期乘法指令，使得在軟件編程時對算法沒有太苛刻的要求，編程者的注意力更多地集中在提高計算結果的精度上;同時也使得在高頻率采樣數據的基礎上，可以同時計算出多種電氣參數，裝!功能大為增加，性能價格比也遠遠高于同類裝工。通常情況下，裝工以每周波32點采樣，通過傅立葉變換，可以得到0一15次分t的實部、虛部及模值，然后計算出各電氣t:(l)電壓電流相t;(2)功率及功率因數;(3)總諧波崎變率竹億;(4)能t。在獲得了多種電氣t實時值的基礎上，可以使該裝置具有以下主要功能:(l)可測出一回線路的所有三相交流電t:相電壓、線電壓、相電流、相電壓nm、相電流n刃、有功功率、無功功率、視在功率、電度及頻率等;(2)可以以一秒一次的刷新速度記錄所有電t的最大/最小值;(3)可根據用戶選擇的電t類型、電t個數以及時間長度定時記錄多組電t值;(4)可根據用戶要求實現自動抄表和分時計費的功能;(5)可根據記錄的多個時間段的電t值自動繪制負荷曲線;(6)可對采樣值進2一巧次諧波分析，另外還可以每周波128點的速度記錄采樣數據，以供進行高達63次的諧波分析;(7)可根據用戶設定的定值啟動錄波功能，記錄多個周波的采樣數據。

3通倍接口設備設計

圖1蛛合智能型電力實時監瀏系統框圖式，這樣才能區分數據位的含義，保障正常的可靠通信。通信接口的設計是一級服務器同D6P間通信協議的設計。通信協議是通信雙方相互約定的規章制度，有了完善的通信協議，數據才能實現最小差錯率的高效傳愉。一級服務器接收刃6P控制板發來的數據，不裕要進行回應，只要判斷數據禎的正確性即可，包括數據長度的正確性、數據校驗和的正確性、數據頓格式的正確性等，如果數據禎正確則接收，否則丟棄。D6P控制板向一級服務器發送數據幀的速率較低(控制為父皿江頓)，一級服務器不必考慮數據擁塞的情況。

3.1數據幀格式

數據幀格式是通信協議的重要組成部分。并行通信與串行通信不同，它可以通過控制線來區分數據類型，而串行通信則需要定義一定的幀格本系統所采用的是面向比特的同步通信協議，在面向比特的協議中最具代表性的是IBM的同步數據鏈路控制(SDu萬，匆加壇儀川明D川LaUnkO川廿d)規程，國際標準化組織的高級數據鏈路控制(】刃LC，場gh腸velDataUnkC.1喊)規程，美國國家標準協議的先進數據通信控制規程(龍冗CP，九面以曰記D翻巨眾腳皿而以面聞O翔加lh切ed眼)。這些協議的特點是所傳輸的一幀數據可以是任愈比特，而且它是靠約定的比特組合模式，而不是靠特定字符來標志禎的開始和結束，故稱為“面向比特”的協議。這樣的通信協議正好符合本系統數據長度可控制的要求，從實際的效果來看也是達到了系統的設計要求。面向比特通信協議的幀格式通常由五個部分組成:標志位、地址位、控制位、數據信息位、幀校。

3.2USB接口的編程與實現

Fl習UZXXAM設備是用于UsB接口與申口進行轉換的芯片，它是由英國未來科技通訊設備有限公司(Fu姍Techi鉑1卿跳朽cesIntem如佃目加)提供的。有了這個接口芯片，在軟件的編程上就顯得方便了許多。n名UZ刃口傲自身帶有專門設計的軟件開發包們心ZXX.DLL，可以用于多種類型應用程序的開發，例如多用戶應用程序、工業自動化應用程序、辦公自動化應用程序、基于代的機械系統等，在使用上十分方便。在本系統中就選用了F玲UZXXAM，實用效果良好。

3.2.1串口通信模型

根據設計要求，串口通信主要有以下幾個功能模塊:串口的開啟與初始化;設備掃描與激活;串口收發;設備復位;串口關閉。a.串口的開啟與初始化USB口在使用之前首先要開啟。傳統的W的為wsAPI中，使用C找班teFile來完成這一步驟。r任左xx.D毯函數庫中可以使用件q卿n來完成。在UsB成功開啟后，要設置其波特率、奇偶校驗等初始化值。如果USB未正確安裝或者驅動程序未正確安裝，則由USB口會開啟失敗(本地USB口一般不會出現這種情況)。如果USB不能正確工作，則整個系統就不能工作，所以此時將提示用戶檢測串口卡及其驅動的安裝情況，并建議退出系統。特殊情況下也可以不退出系統，而使用本地申口帶動部分設備運行，但是這時某些功能無法實現。b.設備掃描與激活由于每個一級服務器設計有四個USB口，并且每個設備的設計要求都是相互兼容可以隨機連接。原本可以通過限定某臺設備必須連接于某個UsB口上來確定USB口與設備的對應關系。但是如此之多的接口會使用戶拆裝設備時的工作十分繁瑣，無論對于設備本身的易操作性還是對于可靠性的要求都不能達標。解決方案顯而易見，就是自動識別USB所連接的設備。這可以在系統啟動的時候通過掃描每一個USB口來實現。不同的設備具有不同的地址字，掃描過程中，一級服務器依次向每一個UsB口發送查詢指令(QUERY)。設備接收到查詢指令后，返回包含自身設備地址的響應信號。一級服務器將當前USB口對應的設備類型保存在一個內部的數組中。如果超時未收到設備的響應信號，則相應的數組成員標記為0，即沒有連接任何設備。為了確定是否所有的設備都已經連接好，掃描結束后，還要檢查設備數組。如果發現有設備未查詢到，則彈出提示詢問用戶下一步的操作(重新掃描、忽略未連接設備或退出系統)。一級服務器發出的查詢信號還有另外一項功能，就是激活設備，使其結束待機狀態開始發送數據。設備在接收到查詢信號以前，總是處于待機狀態，這種狀態下不會發送和接收任何數據(查詢指令除外)。這是合理的，因為在系統沒有運作時，設備發送的數據沒有任何意義。而系統啟動完畢后要求正常的數據交互開始進行，所以各設備要在查詢階段結束等待狀態并開始收發數據。。.串口收發數據的交互就依靠這個模塊進行。需要注憊的是接收超時問題。硬件設備在連續發送狀態數據時，大約50毫秒發送一幀數據。這就要求一級服務器的接收超時要小于50毫秒，否則可能會接收到超過一個正常幀的數據。可以設計接收函數使其能夠通過識別幀頭幀尾來提取完整幀，但是其后的幀則不可避免的丟失了。而且這種丟失是具有傳遞性的，可能引起大t的數據丟失。同時接收超時也不能設置太小。如果太小了則有可能在一幀數據接收完整前返回，這樣接收函數將得不到有用的數據，通信無法進行。必須設里合理的接收超時，以盡量保證通信的可靠性。適當的超時值的選取與軟、硬件系統的計算速度和計算t有關，沒有已知的公式可用，只能通過多次實驗來獲取最佳取值。d.設備復位設備的復位是相對于b中所講的設備激活而言的。在系統運行結束時和某些特定情況下，系統要求全部或部分設備進人待機狀態，設備復位就是實現這一功能。喚醒被復位的設備可以通過重新發送查詢指令來實現。e.UsB口關閉在系統退出的時候，要關閉USB設備。與串口的開啟一樣，這一過程也可以簡單的用一個循環完成。在USB關閉之前務必要向所有的設備發送復位信號，否則設備在一級服務器軟件系統退出后仍不會停止發送數據和等待響應，除非使用硬件開關手工復位或者設備重新啟動。USB的關閉不僅僅在系統退出的時候才用到。在任何與USB有關的異常情況下，都有可能關閉它。例如USB檢測失敗，初始化失敗，設備檢測失敗等。

3.2.2阮.n口開發

門習ZXX.DLL動態鏈接庫是n習UZXXAM設備軟件開發包中自帶的函數庫，它封裝了多串口卡操作的所有API函數，是對n習UZ兀口傲設備編程的基礎。包括:①開啟某UsB設備。②設置UsB初始化值。③從輸人緩沖區讀取數據。④從某一USB口發送數據。⑤刷新輸人/輸出緩沖區。⑥有數據到來的響應。⑦關閉設備。這些API完成了串口通信的基本操作，本系統中用到的主要也是這些函數。段翔n.dn便是基于Fn犯XX.DLL開發的動態鏈接庫，是對F幾犯XX.DLLAPI的二次封裝，專門用于一級服務器中。由以上的敘述可知，們mZXX.DLL中已經提供了完備的函數來完成所需要的操作，設計中直接使用這些函數就可以完成申口的通信，無需額外的系統開銷。事實也的確如此。然而有一點問題卻是不得不去注意的，那就是系統設計時，源代碼的維護與改進間題。程序設計階段，源代碼的規模與其易維護性與易擴展性是成反比的。雖然可以直接在一級服務器的源代碼中直接加人對們舊ZXXAPI的調用，但是一級服務器已經如此的復雜，以至于調試時想從眾多的代碼中找出所有與r任左XX相關的語句都不是件容易的事情。大型程序各項功能的模塊化是增強維護性與擴展性的有效方式。反期刀利用們舊2雙中提供的API實現本系統通信所需的各項操作，并封裝于新的API中。如此則軟硬件的接口對于硬件設備和一級服務器軟件系統二者來說都是“透明”的了，系統更新時甚至只需要更換一個新版本的跳叨1就可以了，這大大方便了代碼的維護和設備的擴展。在段翔n中對應于前面所述的串口通信模型，共提供了5套接口，9個APIs.

4基于TCP/IP、服務器、客戶端的網絡通信管理模塊

在解決了前端數據的采集、處理與量化分析后，將所得結果用尸代P/IP協議將其傳送至系統服務器并由系統服務器對數據進行統一管理監測。這樣使用者可在全球任一點對本系統所轄的電力網絡進行監側。當然這種訪問權限是需經過系統管理員確認的。所實現功能應包括:前端數據的可靠傳輸;訪問權限控制;系統對數據的實時更新;系統可靠性設計。5結束語由于綜合智能型電力實時監側系統前端裝!采用了32位浮點型的高速D6P芯片，使其具有對各種電氣參量進行實時高精度測t的能力，同時由于以強大的USB通信傳輸作為支持，并且對動態連接庫進行了二次開發，使其有極強的可維護性，在實現了服務器、客戶端的軟件開發后就更加便利了使用者對整個電力網絡的管理。所以它非常適合作為電力系統預普與管理的核心架構。